汽车电子节气门控制系统的研究

分类号TP273密级UDC621.3硕士学位论文汽车电子节气门控制系统的研究学位申请人：曾曲洋学科专业：控制理论与控制工程指导教师：万钧力教授二○一二年四月ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceinEngineeringStudyontheElectronicThrottleControlSystemGraduateStudent:ZengQuyangMajor:ControlTheoryandControlEngineeringSupervisor:Prof.WanJunliChinaThreeGorgesUniversityYichang,443002,P.R.ChinaApril,2012三峡大学硕士学位论文I三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：日期：三峡大学硕士学位论文II摘要随着电子控制技术的迅速发展，电子节气门将取代传统机械式节气门。电子节气门控制系统能够根据驾驶员操作意图、汽车工况、外部环境等因素控制节气门的开度，实现最佳进气，电子节气门的控制效果直接影响汽车的动力性、经济性、安全性和稳定性。开发、研究低成本的电子节气门控制系统在节能减排方面具有十分重要的意义。文中分析了电子节气门中的非线性因素，推导出电子节气门的数学模型，根据数学模型在matlab/simulink中建立了节气门的仿真模型，并分别采用PID控制及反演控制实现对电子节气门的控制，得到了不同控制策略下的仿真结果，对结果进行了比较分析，为电子节气门控制系统的开发和实验提供了理论指导。课题研究内容还包括电子节气门实验控制系统的开发，设计了以ATMEG16为主控芯片的电子节气门控制系统。该系统以BOSH公司生产的DV-E5节气门为控制对象，选用Infineon公司生产的TLE6209R芯片为电子节气门驱动，并用C语言编写了系统控制软件，包括主程序、中断程序、AD转换程序、控制算法程序等，完成了基于PID控制的节气门开度响应实验，实现了基本的控制功能，并通过上位机显示相关的实验数据，试验结果表明，设计的电子节气门控制系统响应时间较短，稳态误差小，在进行阶跃信号和任意参考信号的随动实验中都能满足基本的控制要求，为节气门控制系统性能的进一步提高打下了基础。关键词：电子节气门非线性PID控制仿真单片机控制系统三峡大学硕士学位论文IIIAbstractWiththerapiddevelopmentofelectroniccontroltechnology,theelectronicthrottlewillreplacethetraditionalmechanicalthrottle.TheelectronicthrottleControlthethrottleopeningaccordingtotheintentofthedriver,thevehicleoperatingconditions,theexternalenvironment，achievingthebestintake,sotheeffectofelectronicthrottlecontroldirectlyaffectsthevehicle'spower,economy,securityandstability.Thestudyonlow-costelectronicthrottlecontrolsystemhasgreatsignificanceintheenergysaving.Inthisthesisanalysisingthenonlinearfactorsintheelectronicthrottle,gettingamathematicalmodeloftheelectronicthrottle,establishingasystemmodelbasedonamathematicalmodelbyMatlab/Simulink.UsingtheconventionalPIDalgorithmandbackstepingcontrolalgorithminthesystemgetsthecontrolresults,analysisingthesimulationresults.Itprovidesatheoreticalguidancefortheexperiment.Thisthesisalsoincludestheexperimentoftheelectronicthrottlecontrolsystem.DesignoftheelectronicthrottlecontrollerusesthechipsATMEG16forhardwarecontrolsystem,electronicthrottleDV-E5isproducedbytheBOSHcompany,usingtheInfineonproductionTLE6209Rchiptodrivetheelectronicthrottle.TheClanguagesoftwareprogramisusedforthecompletionofthebasiccontrolfunctions,includingthemainprogramandinterruptprogram,theADconversionprogram,thecontrolalgorithmprogram.CompletingcontrolfunctionsbasedonthePIDcontrolandgettingtheexperimentaldata,throughthecomputertodisplaythecurveofthereferenceandactualvalues.Theexperimentalresultsshowthatthedesignoftheelectronicthrottlecontrolsystemresponsetimeisfast,thesteady-stateerrorissmall.Whentrackingthestepsignalandtherandomreferencesignal,theresultsmeetsthebasiccontrolrequirement,itisthefoundationforimprovingthethrottlecontrolsystemperformance.Keywords:ElectronicThrottleNonlinearPIDControlSimulationMCUControlSystem三峡大学硕士学位论文IV目录引言...............................................................................................................11绪论...............................................................................................................21.1电子节气门研究意义.......................................................................21.2电子节气门优缺点...........................................................................21.3电子节气门国内外发展现状及趋势...............................................31.4本课题研究的内容与方法...............................................................41.5本章小结...........................................................................................52电子节气门建模...........................................................................................62.1传统节气门原理...............................................................................62.2电子节气门原理................................................................................62.3电子节气门数学模型.......................................................................82.4节气门位置传感器模型建立.........................................................122.5油门踏板位置传感器模型建立.....................................................132.6本章小结.........................................................................................143控制算法及其仿真.....................................................................................153.1PID控制..........................................................................................163.2反演控制.........................................................................................173.3系统仿真结果及分析......................................................................193.4本章小结..........................................................................................264控制电路硬件设计.....................................................................................284.1控制系统单片机选型.....................................................................284.2直流电机驱动电路设计.................................................................294.3节气门体电路设计......................................................